DE102008023898B3

DE102008023898B3 - Anlage und Verfahren zur Herstellung von Zementklinker

Info

Publication number: DE102008023898B3
Application number: DE200810023898
Authority: DE
Inventors: Wilfried Kreft
Original assignee: Polysius AG
Current assignee: Thyssenkrupp Polysius De GmbH
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2008-05-16
Publication date: 2009-07-02
Anticipated expiration: 2028-05-17

Abstract

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Zementklinker wird Rohmaterial in wenigstens einem Vorwärmer vorgewärmt, anschließend in einem Calcinator calciniert und in einem Ofen zu Zementklinker gebrannt, der nachfolgend in einem Kühler abgekühlt wird. Die Verbrennung im Calcinator erfolgt mit Wasserstoff und Sauerstoff. Außerdem wird der Calcinator mit einem Trägergas beaufschlagt, welches zumindest teilweise rezirkuliert wird. Die erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von Zementklinker besteht im Wesentlichen aus wenigstens einem Vorwärmer zum Vorwärmen von Rohmaterial, einem Calcinator zum Calcinieren des vogewärmten Rohmaterials, einem Ofen zum Brennen des calcinierten Rohmaterials zu Zementklinker sowie einem Kühler zum Kühlen des gebrannten Zementklinkers. Der Calcinator weist Mittel zum Zuführen von Wasserstoff und Mittel zum Zuführen von reinem Sauerstoff auf und es sind ferner Mittel zum Rezirkulieren eines Teils der Abgase des Vorwärmers zum Calcinator vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinker, wobei Rohmaterial vorgewärmt, calciniert und anschließend in einem Ofen zu Zementklinker gebrannt wird, der nachfolgend in einem Kühler abgekühlt wird.
Bei der Herstellung von Zementklinker entstehen ca. 0,53 t CO₂/t Klinker aus der Entsäuerung des Kalksteins und ca. 0,28 t CO₂/t Klinker aus der Brennstoffverbrennung im Brennprozess. Diese Kohlendioxidmengen (0,81 t CO₂/t Klinker) werden bisher über das Abgas in die Atmosphäre emittiert, wenngleich die klimaschädliche Wirkung des Kohlendioxids allgemein bekannt ist.
Aus der DE 100 13 929 C2 ist ein Verfahren zur Senkung der Emission von Stickoxiden beim Brennen von Zementklinker in einem Drehofen bekannt, wobei im Bereich der Brennerflamme und der Sinterzone eine kohlenmonoxidhaltige Atmosphäre eingestellt wird und der reduzierend gebrannte Klinker in der Hochtemperaturkühlzone des dem Drehofen nachgeschalteten Klinkerkühlers mit einem zusätzlich zur Kühlluft zugegebenen Oxidationsmittel in Form von Sauerstoff und Wasserstoff oxidiert wird. Überschüssiger Sauerstoff, bzw. beim Wasserdampfeinsatz gebildeter Wasserdampf werden in der Primär- und Sekundärfeuerung verbrannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Kohlendioxid-Emissionen bei der Zementklinkerherstellung drastisch zu reduzieren.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 10 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Zementklinker wird Rohmaterial in wenigstens einem Vorwärmer vorgewärmt, anschließend in einem Calcinator calciniert und in einem Ofen zu Zementklinker gebrannt, der nachfolgend in einem Kühler abgekühlt wird. Dem Calcinator wird separat Wasserstoff und reiner Sauerstoff für die Verbrennung zugeführt und das Abgas des Vorwämers wird teilweise als Wälzgas zum Calcinator rezirkuliert und dort als Trägergas aufgegeben.
Die erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von Zementklinker besteht im Wesentlichen aus wenigstens einem Vorwärmer zum Vorwärmen von Rohmaterial, einem Calcinator zum Calcinieren des vorgewärmten Rohmaterials, einem Ofen zum Brennen des calcinierten Rohmaterials zu Zementklinker sowie einem Kühler zum Kühlen des gebrannten Zementklinkers. Der Calcinator weist Mittel zum Zuführen von Wasserstoff und Mittel zum Zuführen von reinem Sauerstoff auf. Ferner sind Mittel zum Rezirkulieren eines Teils der Abgase des Vorwärmers zum Calcinator vorgesehen.
Durch die Verwendung von Wasserstoff und Sauerstoff für die Verbrennung im Calcinator entsteht dort durch den Brennvorgang kein zusätzliches Kohlendioxid, sodass sich bereits hierdurch eine deutliche Reduzierung der Kohlendioxidmenge ergibt.
Durch die Rezirkulation wenigstens eines Teils des Trägergases des Calcinators kann die Kohlendioxid-Konzentration des Gases soweit aufkonzentriert werden, dass das Abgas nach Entstaubung und Entfeuchtung einen Kohlendioxid-Anteil von mehr als 95% enthält und dadurch mit vergleichsweise geringem Aufwand separat entsorgt werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein erster Vorwärmer für eine kalkreiche Materialkomponente und ein zweiter Vorwärmer für eine kalkarme Materialkomponente vorgesehen, wobei der Vorwärmer für die kalkreiche Materialkomponente mit den Abgasen des Calcinators und der Vorwärmer für die kalkarme Materialkomponente mit den Abgasen des Ofens durchströmt wird.
Das rezirkulierte Abgas des Vorwärmers für die kalkreiche Materialkomponente wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in einem Wärmetauscher mit Tertiärluft des Kühlers aufgeheizt, bevor es wieder als Trägergas dem Calcinator aufgegeben wird. Die den Wärmetauscher verlassende Tertiärluft wird vorzugsweise einer Einrichtung zur Stromerzeugung zugeführt. Der dabei erzeugte Strom kann dann in einer Einrichtung zur Zerlegung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff eingesetzt werden. Der dabei erzeugte Sauerstoff bzw. Wasserstoff wird dann für die Verbrennung im Calcinator und vorzugsweise auch für die Verbrennung im Ofen verwendet.
Wird auch der Ofen lediglich mit Sauerstoff und Wasserstoff betrieben, kann die Bildung von Kohlendioxid durch die Verbrennung völlig vermieden werden. Auf diese Weise können bereits 35% der Bildung von Kohlendioxid völlig vermieden werden. Es verbleibt somit lediglich der aus der Entsäuerung des Kalksteins entstehende Kohlendioxid-Anteil, der sich jedoch durch die Rezirkulation des Calcinatorabgases über den Vorwärmer mit der kalkreichen Materialkomponente aufkonzentriert und mit vergleichsweise geringem Aufwand entsorgt werden kann. Auf diese Weise könnte die Kohlendioxid-Emission völlig vermieden werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung ist ein Blockschaltbild einer Anlage zur Herstellung von Zementklinker dargestellt.
Die Anlage besteht im Wesentlichen aus einem ersten Vorwärmer 1 zum Vorwärmen einer kalkreichen Materialkomponente 2, einem zweiten Vorwärmer 3 zum Vorwärmen einer kalkarmen Materialkomponente 4, einem Calcinator 5 zum Calcinieren der beiden vorgewärmten Materialkomponenten 2', 4', einem Ofen 6 zum Brennen des calcinierten Rohmaterials 7 zu Zementklinker 8 sowie einem Kühler 9 zum Kühlen des gebrannten Zementklinkers.
Der erste Vorwärmer 1 steht mit einer Abgasleitung 5a des Calcinators 5 in Verbindung, während der zweite Vorwärmer 3 an eine Abgasleitung 6a des Ofens 6 angeschlossen ist.
Der gebrannte Zementklinker 8 wird im Kühler üblicherweise mit Luft 10 gekühlt. Der gekühlte Zementklinker 11 verlässt den Kühler und wird einer entsprechenden Weiterverarbeitung zugeführt. Das heiße Abgas des Kühlers, insbesondere die Tertiärluft 12, wird dem Ofen als Verbrennungsluft für den dort ebenfalls eingeführten Brennstoff zugeführt.
Der Calcinator 5 weist Mittel 14 zum Zuführen von Wasserstoff, Mittel 15 zum Zuführen von reinem Sauerstoff sowie Mittel 16 zum Zuführen eines Trägergases auf. Weiterhin werden dem Calcinator die zu calcinierenden, in den beiden Vorwärmern 1, 3 vorgewärmten Materialkomponenten 2', 4' aufgegeben. Am Ende des Calcinators wird das calcinierte Rohmaterial 7 vom Abgas des Calcinators getrennt und dem Ofen 6 zugeführt. Durch die Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff entsteht im Calcinator lediglich durch die Entsäuerung der kalkreichen Materialkomponente Kohlendioxid und Wasserdampf, während die Bildung von Kohlendioxid durch die Verbrennung völlig vermieden wird. Das Abgas des Calcinators wird als Vorwärmergas dem ersten Vorwärmer 1 zugeführt.
Das Abgas 17 des Vorwärmers 1 wird über Mittel 18 zumindest teilweise als Wälzgas zum Calcinator rezirkuliert, um dort über die Mittel 16 als Trägergas aufgegeben zu werden. Die Mittel 18 zum Rezirkulieren des Abgases 17 weisen ferner einen Wärmetauscher 18a auf, der an eine Tertiärluftleitung 19 des Kühlers 9 angeschlossen ist.
Die den Wärmetauscher 18a verlassende Tertiärluft 20 kann gegebenenfalls mit einem Teil der Abgase des Ofens in einer Einrichtung 27 zur Stromerzeugung genutzt werden. Der erzeugte Strom wird zusammen mit Fremdstrom 28 in einer Einrichtung 29 zur Zerlegung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff verwendet, wobei der erzeugte Sauerstoff und Wasserstoff für die Verbrennung im Calcinator und verwendet wird.
Dem Ofen wird über Mittel 13 Brennstoff zugeführt, bei dem es sich bevorzugt um Wasserstoff, insbesondere um Wasserstoff aus der Einrichtung 29 handelt. Bei Verwendung von Wasserstoff im Ofen kann die Bildung von Kohlendioxid aufgrund der Verbrennung völlig vermieden werden.
Durch die Zugabe von Wasserstoff und Sauerstoff im Bereich des Calcinators ist es erforderlich, dass immer wieder ein Teil des Abgases des ersten Vorwärmers 1 ausgeschleust und einem Filter 21 zur Entstaubung zugeführt wird. Das entstaubte Abgas wird nachfolgend in einem Entfeuchter 22 entwässert. Das entstaubte und entwässerte Abgas 23 enthält dann mehr als 95% CO₂ und kann in geeigneter Weise entsorgt werden.
Auch dem zweiten Vorwärmer 3 ist ein Filter 24 zur Entstaubung des Vorwärmerabgases nachgeschaltet. Diese Abgas enthält aber nur noch einen Bestandteil von etwa 0,15 t CO₂/t Klinker, wenn herkömmlicher Brennstoff im Ofen eingesetzt wird. Bei Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff, kann dieser Kohlendioxidanteil ganz vermieden werden.
Über einen Bypass 26 können Schadstoffe aus dem Ofensystem ausgeschleust werden.
Mit der oben beschriebenen Anlage lässt sich somit eine Emissionsminderung von 80% bis fast 100% erreichen.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Zementklinker mit wenigstens einem Vorwärmer (1, 3) zum Vorwärmen von Rohmaterial, einem Calcinator (5) zum Calcinieren des vorgewärmten Rohmaterials, einem Ofen (6) zum Brennen des entsäuerten Rohmaterials zu Zementklinker sowie einem Kühler (9) zum Kühlen des gebrannten Zementklinkers, dadurch gekennzeichnet, dass dem Calcinator separat Wasserstoff und reiner Sauerstoff für die Verbrennung zugeführt werden und das Abgas des Vorwämers teilweise als Wälzgas zum Calcinator rezirkuliert und dort als Trägergas aufgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung im Calcinator lediglich mit Wasserstoff und Sauerstoff betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine kalkreiche und eine kalkarme Materialkomponente (2, 4) in separaten Vorwärmern (1, 3) vorgewärmt und dann gemeinsam im Calcinator (5) calciniert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorwärmer (1) für die kalkreiche Materialkomponente mit dem Abgas des Calcinators (5) betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas des Vorwärmers (1) für die kalkreiche Materialkomponente zumindest teilweise als Trägergas zum Calcinator (5) rezirkuliert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Abgases des Vorwärmers (1) für die kalkreiche Materialkomponente entstaubt und entfeuchtet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zum Calcinator (5) rezirkulierte Abgas des Vorwärmers (1) in einem Wärmetauscher (18a) mit Tertiärluft des Kühlers (9) aufgeheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tertiärluft nach dem Wärmetauscher (18a) einer Einrichtung (27) zur Stromerzeugung zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt wird, wobei der für die Zerlegung erforderliche Strom zumindest teilweise aus den bei der Herstellung des Zementankers entstehenden Abgasen gewonnen wird und der erzeugte Sauerstoff und Wasserstoff für die Verbrennung im Ofen und Calcinator verwendet wird.
Anlage zur Herstellung von Zementklinker mit – wenigstens einem Vorwärmer (1, 3) zum Vorwärmen von Rohmaterial, – einem Calcinator (5) zum Calcinieren des vorgewärmten Rohmaterials, – einem Ofen (6) zum Brennen des calcinierten Rohmaterials zu Zementklinker sowie – einem Kühler (9) zum Kühlen des gebrannten Zementklinkers, dadurch gekennzeichnet, dass der Calcinator (5) Mittel (14) zum Zuführen von Wasserstoff und Mittel (15) zum Zuführen von reinem Sauerstoff aufweist und ferner Mittel (18) zum Rezirkulieren eines Teils der Abgase des Vorwärmers zum Calcinator (5) vorgesehen sind.
Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Vorwärmer (1) für eine kalkreiche Materialkomponente und ein zweiter Vorwärmer (3) für eine kalkarme Komponente vorgesehen ist, wobei der erste Vorwärmer an eine Abgasleitung (5a) des Calcinators (5) und der zweite Vorwärmer (3) an eine Abgasleitung (6a) des Ofens (6) angeschlossen ist.
Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (18) zum Rezirkulieren wenigstens eines Teils der Abgase des ersten Vorwärmers (1) einen Wärmetauscher (18a) zum Aufheizen des Abgases umfassen.
Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (18a) an eine Tertiärluftleitung (19) des Kühlers (9) angeschlossen ist.
Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Vorwärmer (1) ein Filter (21) zur Entstaubung nachgeschaltet ist.
Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem Filter (21) ein Entfeuchter (22) zur Entwässerung des Abgases nachgeschaltet ist.
Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (27) zur Stromerzeugung vorgesehen ist, die mit der den Wärmetauscher (18a) verlassenden Tertiärluft betrieben wird.
Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (29) zur Zerlegung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff vorgesehen ist, deren Strombedarf zumindest teilweise aus den bei der Herstellung des Zementklinkers entstehenden Abgasen gewonnen wird und der erzeugte Sauerstoff und Wasserstoff für die Verbrennung im Ofen (6) und Calcinator (5) verwendet wird.